生态系统的过程和功能
生态系统的三大功能(快速版)
范围：生物圈 特点： （1）全球性 （2）反复出现，循环利用
二、碳循环
小结
（1）碳循环的形式： CO2； （2）碳在自然界中的存在形式： CO2和碳酸盐； （3）碳在生物体内的存在形式： 含碳有机物； （4）碳进入生物体的途径： 绿色植物的光合作用； （5）碳在生物体之间传递途径： 食物链； （6）碳进入大气的途径：①生物的呼吸作用 ②分解者有分解作用 ③化石燃料的燃烧
报警信息素
鼬遇到危险时，由肛门排出有强烈气味 的气体，它既是报警信息素，又有防御 功能。
狗利用其小便记路。
猪笼草利用“罐子”分泌蜜汁，来 引诱昆虫然后进行捕食。
动物的特殊行为，对于同种 或异种生物也能够传递某种 信息，即生物的行为特征可 以体现为行为信息。
求偶炫耀 一些鸟类在求偶时 的行为很独特，通 常雄鸟会进行复杂 的“求偶炫耀”。
如：食物链“草 兔 狼”。
在草原上，当草原返青时，“绿色”为兔提供了可 取食的信息。 狼能够根据兔留下的气味去猎捕兔，兔也能够根据 狼的气味躲避狼。
相关信息：电子仪器产生与蜜蜂跳 圆圈舞相同的频率和声音，吸引蜜 蜂来采蜜，帮助苹果树传粉，提高 产量。
家禽饲养，在增加营养的基础上延长 光照时间，提高产蛋率。
孔雀开屏
送礼
这是一种奇特而温柔的求偶方式。从小小 的蚊蝇直到高等哺乳动物,求偶过程中都有 “送礼”的行为。有些动物已经 把“送礼” 发展为“请客”的形式，如公鸡找到食物之后， 常常邀请母鸡共享美餐.
送礼
一些雄企鹅求爱前需要挑 选一些卵石作为见面礼， 这在冰天雪地的南极是很 难找到的礼物。这块小石 头的形状和色泽还必须是 使雌企鹅感到高兴和满意。 然后，它衔着这块石头， 去寻找它心目中的娘子。 一旦姻缘良机到来，雄企 鹅就把这块石头放在雌企 鹅的脚边。
[生态系统的三大功能]分析生态系统的功能及平衡
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[生态系统的三大功能]分析生态系统的功能及平衡分析生态系统的功能及平衡钱贵一、生态系统的功能（一）生态系统的能量流动生态系统全部生命需要的能量都来源于太阳。
能量在生态系统中的流动是按照热力学定律进行的：能量可以从一种形式转化为另一种形式，转换过程中不消失，也不增加；能量在流动过程中，沿着从集中到分散，从高到低的方向传递，传递过程中会有一部分能量放散掉。
绿色植物通过光合作用把太阳能转化为化学能，制造有机物，提供给消费者。
绿色植物每年制造的有机物可达2022年亿吨，成为整个生物圈能量的总来源。
生产者贮存的能量通过食物链传递给消费者，而动植物死后的遗体又被分解者分解成简单的无机物返回环境。
生产者、消费者和分解者在进行能量传递的过程中，自身又要进行新陈代谢，消耗一部分化学能并以热能的形式散发到环境中去。
生态系统的能量流动是通过食物链进行的。
甲生物以乙生物为食，乙生物以丙生物为食。
形成一条以食物把各种生物连续进来的锁链，叫做食物链。
例如，在草原上的食物链，青草-兔子-狐狸-狼；在池塘里的食物链，藻类-浮游动物-小鱼-大鱼-鱼鹰，等等。
在一个生态系统中，食物关系往往十分复杂，有的相互交错，形成一种网关关系，即所谓食物网。
生态系统能量的流动就是进行的。
在食物链上的各个环节称为营养级。
在同一环节上起同样作用的一群生物，属于同一营养级。
生产者为第一营养级，一级消费者为第二营养级。
一个生态系统一般有四至五个营养级，达到七个营养级的生态系统是很少见的。
低位营养级的生物向高位营养级的生物提供物质和能量。
由于低位营养级所获得的能量，通过自身新陈代谢要消耗一部分，而剩余的能量又只有十分之一被上一营养级所利用（即十分之一定律），因此高位营养级在数量上远少于低位营养级。
这样递减，形成了所谓生物量金字塔和生产率金字塔。
在一个生态系统中常常看到，处于低位营养级的生物生长快，繁殖容易，数量大；而高位营养级的生物繁殖难，生长慢，数量也少。
生态系统的结构和功能
生态系统的结构和功能生态系统是地球上生物与环境之间相互作用的综合体，它由生物群落和非生物环境组成，并具有特定的结构和功能。
生态系统的结构和功能决定了它的稳定性和可持续性。
一、生态系统的结构生态系统的结构是指生物群落与非生物环境之间的组织和相互作用关系。
生态系统包括以下几个层次的结构：1. 生物群落：生态系统中由各种物种组成的生命体群集。
生物群落不仅包括动植物，还包括微生物和其他生物体。
2. 生态位：生物群落中各种物种所占据的生态位不同。
生态位是指一个物种在群落中的生存位置和所起的作用。
不同物种之间通过占据不同的生态位和资源利用的差异，实现生态系统内的物种多样性。
3. 硬件环境：生态系统的硬件环境包括适宜的温度、光照、水分和土壤等非生物环境因子。
这些环境因子直接影响着生态系统中各个生物种群的生存和繁衍。
4. 能流和物质循环：生态系统中的能流和物质循环是维持生态系统稳定的重要机制。
能流是指太阳能通过光合作用被植物转化为化学能，然后通过食物链传递给上层生物。
物质循环是指碳、氮、磷等元素在生物体和非生物环境之间的循环过程。
二、生态系统的功能生态系统的功能是指生物群落和非生物环境相互作用产生的生态服务和生态调控能力。
生态系统具有以下几个重要的功能：1. 生物多样性维持：生态系统中的物种多样性对于维持生态平衡和抵抗外界干扰具有重要作用。
多样性的丧失会导致生态系统不稳定，甚至引发生态系统的崩溃。
2. 养分循环和净化：生态系统通过物质循环的过程，促进了养分的循环利用，维持了土壤的肥沃性。
同时，生物群落中的微生物和植物还能够对环境中的污染物进行吸收和降解，起到净化作用。
3. 水资源调节：生态系统中的植物通过蒸腾作用调节水分的循环和分配，起到了水资源的储存和调节作用。
它可以减少洪水的发生，降低水土流失的风险，维持水源地的稳定。
4. 气候调控：生态系统通过吸纳二氧化碳、释放氧气等作用，对大气中的温室气体含量起到调控的作用。
生态学 第一章 生态系统
第二节 生态系统的组成和结构
• 3)寄生食物链：由寄主和寄生生物构成。 • 如：哺乳动物、鸟类→跳蚤→细滴虫 • 3)腐食食物链：以动物尸体为基础。 • 如：动物尸体→丽蝇；动物尸体→秃鹰。
第二节 生态系统的组成和结构
(3)食物网（food web） • 生态系统中许多食物链彼此交错连接，形 成的一个网状结构。 • 一般说来，生态系统中的食物网越复杂， 生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，其 中一种生物的消失不致引起整个系统的失 调；生态系统的食物网越简单，生态系统 就越容易发生波动和毁灭。 • 一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定 的重要条件。
第二节 生态系统的组成和结构
生 数 物 量 量 金 金 字 字 塔 塔
第二节 生态系统的组成和结构
• 倒金字塔的奥秘：
• 数量金字塔和生物量金字塔可以为下 窄上宽的倒金字塔。 (例：夏季的温带森林、海洋生态系统） • 但是能量金字塔绝对不可能为倒的。
第三节 生态系统的功能
• 生态系统主要的4方面的功能：
第二节 生态系统的组成和结构
• 6个环节的食物链： • 人 （顶位肉食动物） 金枪鱼（三级肉食 动物） 鲭鱼（二级肉食动物） 鲱鱼（一 级肉食动物） 甲壳动物（草食动物） 单 细胞藻类（生产者） 7个环节的食物链（我国蛇岛）：
老鹰抓蝮蛇，蝮蛇吃小鸟，小鸟啄蜘蛛，蜘 蛛结网捕蜻蜓，蜻蜓抓飞虫，飞虫吃花蜜。
1/4，其余部分也是在死后被分解者分解的. 多数的陆地生态系统和浅水生态系统是碎 屑食物链占优势。
第二节 生态系统的组成和结构
• 2)捕食食物链：直接以生产者为基础，继之 以植食性动物和肉食性动物，能量沿着太 阳→生产者→植食性动物→肉食性动物的途 径流动。如：青草→野兔→狐→狼。
生态系统与其三大功能
生态系统与其三大功能地球上所有生物及其生存的环境构成了生态系统。
能量流动、物质循环、信息传递是生态系统的三大功能，它们共同维持着生态系统的正常运转。
其中单向且不循环的能量流动是整个生态系统正常运转的动力。
了解能量流动、物质循环、信息传递的相关原理，对于当前粮食危机及全球性环境问题的解决和有关生态学问题的分析都具有重要的指导意义。
一、生态系统中的物质循环生物所需的物质如水、C、H、O、N、S、P等元素, 在生态系统中是在无机环境与生物群落之间被反复利用的, 因此称之为物质循环。
生态系统中这些无机物和元素的循环具有全球性, 所以也称之为生物地球化学循环。
我们可以通过研究生态系统中的碳循环、氮循环、硫循环以及其中微生物的作用来认识和了解物质循环。
（一）碳循环碳循环的基本路线（见下图）是从大气圈到植物和动物, 再从动、植物通向分解者,最后又回到大气圈。
在碳循环过程中, 实际还伴随着能量的流动过程。
其物质变化形式可归结为二氧化碳三碳化合物葡萄糖二氧化碳。
无机环境与生物间以二氧化碳的形式进行交换。
变化过程主要是二氧化碳主要通过气孔进入植物体。
二氧化碳在植物体内与五碳化合物固定为三碳化合物, 并进一步被还原为葡萄糖, 五碳化合物是植物体内光合作用过程中的衍生物和参加者。
由于气孔同时也是植物体内水散失的门户, 温度过高失水过多时, 气孔关闭, 因此进人植物体内二氧化碳减少, 导致三碳化合物降低, 葡萄糖合成速率下降, 五碳化合物、含量上升。
任何生物的生活过程中都需要能量的供给, 其能量来自体内有机物的分解。
动物等异养生物体内的有机物来自体外有机物的同化。
动植物体内的葡萄糖等含碳有机物分解时, 首先发生在细胞质基质, 然后在线粒体中彻底氧化。
好氧型细菌则在细胞的细胞膜上完成, 无氧分解葡萄糖发生在细胞质基质, 不同生物产物不同。
有的为葡萄糖, 有的为酒精和二氧化碳, 但碳的终产物为二氧化碳而回归环境。
（二）氮循环大气圈是氮进行交换的主要场所, 但氮气不能为大多数生物所直接利用, 必须依靠某些生物如固氮菌及蓝藻等才能固定下来。
生态系统组成结构和功能
生态系统组成结构和功能生态系统是指由植物、动植物、土壤、地表水和气体等复杂的生物和非生物物质组成的自然环境。
它具有较高的复杂性，可以较完整地体现自然规律，比如植物对应的土壤和地表水，以及不同植物之间以及植物与动物之间关于重金属、氮素和磷素等的移动和循环。
此外，生态系统还可以维护和保持地球内部热能稳定，有助于提高地球外部热量的承载能力。
生态系统由五个主要组成部分组成，包括植物，土壤，气体，地表水和媒介生物（如动物）。
植物是生态系统的基础，它们是碳的主要来源，提供食物和氧气，还可以稳定土壤状态，并使生态系统维持平衡。
土壤是植物的生长环境，它具有水分的吸收和滞留量，可以调节植物的生长，从而影响生态系统的功能。
气体在生态系统中起到重要作用，特别是在碳氮磷循环中，气体可以携带物质，分布于植物，动物和土壤之间，影响生态系统的能量和物质流动。
地表水是生态系统中一个丰富的资源，它可以提供必要的水分，有助于植物的生活。
此外，它还可以调节湿度，帮助植物吸收气体中的氮，磷和硫，从而影响植物的生长。
最后，媒介生物（如动物）可以通过其活动和行为，影响植物的生长和土壤中的养分，从而影响生态系统的功能和性能。
生态系统具有多种复杂的功能，包括物种多样性维持、水土保持、改善生物环境、净化空气和水。
其中，物种多样性是指生态系统中物种的多样性，包括植物的多样性、动物的多样性和微生物的多样性。
物种多样性的保持可以提高生态系统的适应力，有助于生物的更新。
此外，水土保持也是重要的功能，它可以保护地表水、土壤和植物的维持，有助于长期的降雨活动。
改善生物环境和净化空气和水是生态系统对人类健康和社会经济发展的重要支持。
总之，生态系统是一个复杂的系统，它是由植物、动物、土壤、气体、地表水等组成的，具有保护物种多样性、水土保持、改善生物环境和净化空气和水等多种功能，为人类的社会经济发展提供重要基础。
我们应该注意保护环境，尊重自然，以正确的方式利用自然资源，努力保护生态系统，保证我们共有的家园永续发展。
生态系统知识：生态系统中的生态过程和生态功能区
生态系统知识：生态系统中的生态过程和生态功能区生态系统是由生物体与环境之间产生的一系列相互作用所组成的。
在生态系统中，不同的生物与环境之间相互影响，形成了一系列生态过程和生态功能区。
本文将会对这两个内容进行详细的探讨。
一、生态过程生态过程指的是生态系统中不同生物之间、生物与环境之间的相互作用的过程。
这些过程表明了生物在生态系统中的位置以及环境对生物的影响。
常见的生态过程有以下几种：1、物质循环过程物质循环过程是生态系统中最基本的过程之一。
这个过程包括碳、氮、氧、水等各种物质基本元素的循环。
生态系统中的生物通过摄食、呼吸、分解、吸收等过程，将这些元素转化成不同的化合物，从而满足自身生长和繁殖需要。
而环境中的水、空气、土壤等也通过一系列交换作用，让这些元素重新流通，构成完整的物质循环过程。
2、能量流过程生态系统中的生物需要能量才能生长和存活。
能量流过程是生态系统中的另一种基本过程。
能量最初来自于太阳，通过光合作用进入生态系统之中。
在生态系统中，光能被转化为化学能，从而满足生物的能量需要。
在这个过程中，能量逐渐被生物吸收，转化，释放，排泄，并逐渐从生态系统中流出。
因此，能量流过程也是一个不断变化的、具有生态价值的过程。
3、生物间相互作用生物间相互作用是生态过程中最丰富和最复杂的过程之一。
生物之间可以进行利益共享，互补作用，利用、盗食、捕杀、抗击和竞争等。
这些相互作用不仅影响着生物种群的数量，还决定了整个生态系统的稳定性和可持续性发展。
二、生态功能区生态功能区是指生态系统中的不同区域，这些区域在协同作用下，促进物质循环、能量流动、生物的生长和繁殖。
生态功能区分为水域生态系统和陆地生态系统两类。
其中，水域生态系统包含了海洋生态系统和淡水生态系统。
陆地生态系统包括了森林、草原、荒漠、湿地等不同类型的生态系统。
1、海洋生态系统海洋生态系统由大洋、海湾、海峡、滨海平原等多个部分组成。
这些部分之间错综复杂的关系决定着海洋生态系统的物质循环和能量流动。
生态系统的功能包括
生态系统的功能包括生态系统是指由生物和非生物物质相互作用、相互依赖形成的自然系统。
它由生物群落、生物种群和生物个体以及它们与非生物环境之间的相互作用组成。
生态系统具有多种功能，下面将从能源流动与物质循环、维持生物多样性、净化和调节环境以及为人类提供服务等方面对生态系统的功能进行说明。
首先，生态系统通过能源的流动与物质的循环维持自身的生态平衡。
生态系统中的生物通过光合作用、化学合成或者捕食其他生物来获取能量，并且将能量通过食物链的形式传递给其他生物。
同时，生物体内的有机物质会被分解成无机物质，通过分解者的作用再次进入循环中。
这种能量流动和物质循环的过程维持了生态系统的稳定性和持续性。
其次，生态系统具有维持生物多样性的功能。
生态系统中的各种生物相互依赖、相互作用，形成了复杂的生态网络。
这种生物多样性不仅是生态系统的基础，也是维持地球生态平衡的重要因素。
不同种类的生物在生态系统中扮演着不同的角色，它们相互合作、互相竞争，使得生态系统能够适应环境的变化，并且具有较高的生态韧性。
此外，生态系统还担负着净化和调节环境的功能。
生态系统中的各种生物能够吸收和分解有害物质，起到了净化环境的作用。
例如，植物能够吸收空气中的二氧化碳并释放氧气，对地球大气的调节起到了重要作用。
此外，湿地生态系统可以去除水中的污染物质，保持水质的良好状态，减少洪灾的风险。
最后，生态系统还为人类提供了众多的生态系统服务。
例如，森林生态系统为人类提供木材、草药等自然资源，为农业提供疏风和水源保护。
水域生态系统为人类提供了鱼类资源，并且是水产养殖的重要基础。
此外，生态系统还提供了其他的生态系统服务，例如景观、体育娱乐、科研教育等。
总之，生态系统具有多种功能，它不仅能够维持自身的生态平衡，还能够维持生物多样性、净化和调节环境以及为人类提供众多的生态系统服务。
在当今环境问题日益突出的背景下，保护和恢复生态系统的功能对于维持地球生态平衡和人类福祉具有至关重要的意义。
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生态仿生
城核系统的聚合-突生假说
破缺偶合形成了比原生态系统更大型的城核生态系统 城核生态系统包含了由原生态系统破缺而成的生态器 和相对匀质的、支持生态器的生态质（ecoplasm） 城核生态系统的核是城市，并且是中心城市
城核系统的过程
城市成为信息核心 文因（Mime) 人类政策已经成为控制整个生物圈的调 控信息 人类生产给整个生物圈增添新过程 人类活动正在快速增加文因
– 在P族上，尺度介于多细胞有机体和全球生命系 –
– – –
统之间 在一维谱上，正好包含生态系统（类似真核细 胞与原核细胞的关系） 具有完全系统的特征，属于P族系统 因为尚处于形成期，因而结构还不明朗 可通过真核细胞类比推测
两类基本生态系统
自然生态系统的类型归属
– 原生态系统（protoecosystem，
回顾-城核系统假说的预测力
从螺旋图上推理出P族有新层次，在
我们所知的3个层次之上，找到了更 高的层次：城核系统和全球生命系 统 生态系统排列在S族上，意味着它在 结构和功能上的定向化。由此发现 了生态器、生态核和生态质
P族的新层次系统
P族上，多细胞有机体之上与全球生命系统 之间还有一个层次，即这才是第4个层次 这个系统应该是刚刚形成的城核生态系统
细胞质与生态质
质的作用？ 质的要素的商业交换
– 土地交易
– 水权交易
– 排污权交易
– 碳股交易：京都议定书 细胞中的情形？
人类在自组织中的作用
人类社会已经不可逆转地成为全球生命系统的调 控者
– 人不仅调控社会自身
– 人类社会的意识、知识和决策决定着全球的生态命运
单优降低系统复杂性
金融与能量
一个层次的系统需要一种新的信息位势 – 城核系统是金融资本
– 细胞中ATP？
呼唤参与研究！
细胞中的生产和交换
细胞中的生产过程集中在哪里？
– 细胞器为主 – 核中也有吗？ – 质中如何？
细胞中的交换是否有集中区域？
– 核为信息交换中心
– 以交换物质为功能的细胞器？ – 特定的运输路线？
循环经济的结构基础 ——产业共生
Industrial
symbiosis
– Science，1999，Jocelyn Kaiser
生态系统升级带来的调控方式改变，
建立什么样的体系？
– 试错是不得已
– 仿生最经济
循环经济的基本原理 ——生态仿生
生态器与细胞器的相似
– 第一产业直接从自然界获取生物产品和矿物质，
城核系统的代谢——循环经济
原生态系统中的“循环经济”
为什么资源短缺和环境污染 出现在今天而不是200年前？ 生命系统进化中的这次飞跃， 打破了10多亿年来的生态平 衡，以生物个体为基本单位 的循环模式——食物链模式 (左)已经不适合今天的工业 化世界，必须建立新的以生 态器为单位的模式——循环 经济(右)。也就是说，在生 态建设中，要采用新型调节 模式，而不是“恢复自然”。
城市化释放出人口占据的空间
生态质的“生态公益”——只利用其
间接服务价值
十分之一法则
中国草原上建立1/10的人工草场可产
出相当于原来全部草地的草！ 1/10的人在田野中活动
– 75%的人口集中在城市中，释放了空间
– 15%的空间活动在生态器中，集约经营
的工业园区节约道路与能量、物质，压 缩制造功能器的空间
– 人过于优势
– 某国家过于优势
– 某文明过于优势
自毁与利他 人类调控全球生命系统稳定可持续发展可能性
循环经济中难点的解决途径
公共事物的悲剧 试错与仿生 技术 制度 文化 ——可能在城核系统理论框架中解决
城核系统假说的意义
城核系统和全球生命系统与个体\细
胞的推演不再是简单的类比, 而是自 组织系统的自相似 人类的调控作用从原理上也成为 “自然”因素
protoecos）——保护区
分工后生态系统将成为两类
– 生态器、生态核 – 生态质
从原生态系统到城核生态系统
城核生态系统的核——城市（生态核，） 城核生态系统的质——田野（生态质） 生态结构制造器——位于城市边缘工业园区 （原）生态系统 生物能量制造器——分散在田野中的农田生态 器 保护区------原生态系统 循环经济
城核系统
——组织与自组织
回顾——等级层次生命系统的演进
体积显著增大 组分和所包含的等级层次增多 结构与功能的复杂化 生物适应能力提高 系统结构发育过程涉及的调控机制复杂化 系统内部状态的相对更稳定 寿命延长。有利于生态上的竞争 增加单位土地面积上的生命物质密度，更 充分利用空间等资源
细胞中的代谢和循环经济
细胞中很少存在中间产物（毒害物）， 原因是分解器（和再利用？）
– 细胞中的“循环经济”如何？ – 全部都分解到最原始状态？还是中间产物也
用？
城核细胞中缺乏分解器
– 根据细胞建立量
循环经济
循环经济是以资源节约和循环利用为特征的一 种经济新形态，其本质上是生态型经济。 传统产业的“资源消费——产品——废物排放” 单程型物质流动模式基础上，增加了反馈机制， 形成了“资源消费——产品——再生资源”闭 环型物质流动模式。 传统产业的“开采——生产——消费——废弃” 直线系统而言，生态产业是“开采——生产— —消费——再利用”的封闭型循环系统 厘清生态器的类型
包括农业和采矿业等，与叶绿体相似； – 第二产业加工原料生产新产品，如制造业和建 筑业，与高尔基体、内质网相似； – 第三产业提供服务，如商业、交通、文卫等， 与细胞内运输以及最近发现的交换等相似。
细胞中的蛋白，城核系统中的人
蛋白在量上主要分布在细胞核中
（80%）
– 核（参考城核75%的人）
代谢过程中细胞在量上的变化 酶活动的经济关系 – 激励机制和惩罚机制 2004年Nature
城核系统的空间结构
城核系统的外貌 城核系统的水平结构
城核系统的垂直结构
பைடு நூலகம்
城核系统的网络结构
城核系统的网络结构
城核系统的功能结构
初级生产生态器 高级生产生态器
– 不再仅仅是动物生产
分解生态器
调控生态器——生态核
生态核、生态器的建立 和生态质的释放
集约经营的生态器释放出大量的空间